辐照提高人工湿地美人蕉抗寒性及其越冬效果研究

植物是人工湿地的重要组成部分, 但大多数湿地植物在低温环境下不能生存, 微生物活性受到抑制, 导致人工湿地低温应用受到限制。研究将辐照育种的手段应用于湿地植物, 以提高其抗寒性。研究采用25、45、60和80 Gy的γ射线对美人蕉(Canna indica L.)种子进行辐照, 剂量率为6 Gy/min, 待幼苗长出后进行阶段性降温培养, 并评价各组抗寒性。结果表明: 在低温下, 辐照幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均高于对照组。对照组丙二醛(MDA)在低温下大量积累, 且含量显著高于辐照组。在低温条件下, 幼苗脯氨酸、可溶性糖、蛋白质含量高于对照组。辐照组抗寒性得分高于对照组, 45 Gy组得分最高。随后将最佳辐照处理的美人蕉种植于人工湿地, 对其冬季净化效果进行评估, 评价指标包括: 总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(COD)。结果发现, 45 Gy辐照组人工湿地的冬季TP去除率显著高于对照组(P<0.05)。由此可见, 辐照处理能够有效提高美人蕉的抗寒性, 并提高人工湿地冬季净化效果。     

脱落酸对甜椒幼苗抗寒性的诱导效应及其机理研究

以砂培甜椒幼苗为材料,先用不同浓度脱落酸(ABA)进行灌根处理,再分两组分别于常温(25℃～30℃)生长7 d(常温苗)或低温驯化(10℃～15℃)30 d(驯化苗)之后进行低温胁迫(5℃)处理,分析幼苗的生长状况及其细胞质膜伤害、渗透调节物质、活性氧清除系统、内源激素的变化特征,以探讨脱落酸对甜椒抗寒性的诱导效应及机理.结果显示,(1)各浓度ABA对甜椒常温苗和驯化苗的株高、茎重均无显著影响,但显著促进驯化苗的侧根生长,在低温胁迫下,显著降低驯化苗叶片的呼吸速率;(2)常温苗的相对电导率仅在10 mg/L ABA处理中比对照显著降低,而驯化苗在各处理浓度下均显著降低,MDA含量表现出与此类似的变化;(3)叶片脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、钾离子等渗透调节物质含量在各浓度ABA处理常温苗和驯化苗中均有所增加,但仅脯氨酸含量的增加达到显著水平.(4)各浓度ABA处理都一定程度上提高了常温苗的SOD活性,显著降低了常温苗的CAT和POD活性,H2O2积累量均显著降低,但对于驯化苗,1.0 mg/L和10 mg/L ABA处理却显著降低其SOD活性,POD和CAT活性无显著差异,H2O2积累量也无显著变化.(5)茎尖的ZR、JA-Me含量及IAA/ZR、均与对照无显著差异,但IAA、ABA含量、ABA/ZR比值明显提高,其中1.0和10 mg/L处理的内源ABA含量以及10 mg/L处理的ABA/ZR比值显著高于对照.研究表明,脱落酸能通过降低甜椒幼苗呼吸速率,提高叶片脯氨酸、可溶性糖、钾离子等渗透调节物质以及ABA的积累来诱导增强甜椒幼苗的抗寒性,减少活性氧自由基的产生和累积量,从而减轻低温胁迫造成的伤害,且低温驯化条件下比常温下效果更加明显.     

外源水杨酸对低温胁迫下圆柏属植物幼苗生理特性的影响

以3年生圆柏和祁连圆柏幼苗为材料,采用不同浓度水杨酸(SA)预处理两种圆柏属植物幼苗,测定-4℃低温胁迫处理第6天叶片相对含水量(RWC)、相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)、脯氨酸(Pro)和类胡萝卜素(Car)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸氧化酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性,分析外源 SA 对低温胁迫下圆柏属植物叶片膜脂过氧化、渗透调节物质及抗氧化酶系统的影响,为培育较多品种的抗冷冻常绿植物提供理论依据。结果表明：低温胁迫下,一定浓度的 SA 预处理能有效保护幼苗叶片膜系统的稳定性、增加渗透调节物质含量和提高抗氧化酶活性,其中200 mg/L SA 预处理对提高圆柏抗寒性效果最好,30 mg/L SA 预处理对提高祁连圆柏抗寒性效果最好,且在外源 SA 预处理下,祁连圆柏的抗寒性比圆柏的强。因此,施用适合浓度的 SA 在提高圆柏属植物抗寒性方面具有较好的应用价值。     

激素预处理对低温胁迫下西瓜幼苗活性氧含量和抗氧化酶活性的影响

以冷敏感型西瓜品种‘玲珑王’幼苗为试验材料,采用50mg/L NAA、25mg/L 6-BA、25mg/L GA3、25mg/L ABA 4种外源激素进行外施预处理,研究激素在10℃低温胁迫下对西瓜幼苗冷害指数、主要活性氧含量和抗氧化酶活性的影响。结果显示:(1)适宜浓度的6-BA、GA3、ABA预处理可以明显降低西瓜幼苗冷害指数,NAA作用则相反。(2)GA3、ABA、6-BA预处理的西瓜幼苗O-·2产生速率和MDA含量在低温胁迫第3天时较对照分别显著降低了9.0%、9.4%、7.7%和38.1%、40.1%、45.9%,它们的H2O2含量在低温胁迫第5天时较对照分别显著降低了11.9%、18.9%、22.7%。(3)6-BA、GA3、ABA预处理的西瓜幼苗叶片在低温胁迫第7天时SOD活性分别比对照显著提高了15.95%、17.87%、18.33%,POD活性分别显著提高36.36%、73.74%、145.45%,CAT活性分别提高115.22%、116.28%、161.63%。研究表明,在低温胁迫条件下,适宜浓度的外源6-BA、GA3和ABA预处理可有效提高西瓜幼苗叶片中SOD、POD、CAT的活性,减缓西瓜幼苗中H2O2含量和O-·2产生速率的增加及膜脂过氧化产物MDA的积累,缓解低温造成的氧化伤害,从而增强幼苗的抗寒性,并以25mg/L 6-BA处理的效果最佳,可以应用于生产。     

脱落酸、多效唑和油菜素内酯对低温期间香蕉过氧化物酶和电导率的影响

在人工气候箱中模拟寒潮对香蕉幼苗造成的低温冷害 ,研究脱落酸、多效唑和油菜素内酯对低温胁迫期和低温胁迫恢复期香蕉幼苗叶片过氧化物酶和相对电导率的影响。试验表明 ,叶面喷施适量脱落酸、多效唑和油菜素内酯能够提高低温胁迫期和恢复期香蕉叶片的过氧化物酶活性并且降低叶片相对电导率。其最适浓度脱落酸为 2 0～ 2 5mg/ L;多效唑为 15～ 30 m g/ L;油菜素内酯为 0 .9～ 1.5m g/ L。     

氯化镁预处理对美人蕉根部质膜H+-ATPase活性与农田废水硝态氮吸收效率的影响

以湿地挺水植物七叶红色大花美人蕉(Cana generalis Bailey)幼苗为实验材料,在温室中用150μmol/L氯化镁溶液预处理12h,然后置于硝态氮(NO3--N)浓度为10mg/L的农田废水中处理,考察氯化镁预处理对美人蕉吸收农田废水中硝态氮效率的影响,以及处理期间根部质膜H+-ATPase活性、H+-泵活性、14-3-3蛋白与质膜H+-ATPase相互作用。结果显示:经过150μmol/L氯化镁溶液预处理12h后,美人蕉吸收农田废水中硝态氮的效率比对照增加11%;与没有预处理的植株相比,氯化镁预处理美人蕉根中质膜H+-ATPase和H+-泵的活性均显著提高,质膜H+-ATPase和14-3-3蛋白的相互作用显著增强。研究表明,氯化镁能够通过增强质膜H+-ATPase与14-3-3蛋白的相互作用来提高质膜H+-ATPase的活性,从而增加美人蕉对硝态氮的吸收效率。     

外源ABA对低温胁迫水稻过氧化物酶同工酶的影响

采用聚丙烯酰胺垂直板电泳法,就外源ABA对低温胁迫下水稻幼苗过氧化物酶（POD）同工酶的影响进行了研究。结果表明,低温胁迫下,水稻幼苗长势明显下降,与其相应的过氧化物酶同工酶也发生了变化,外施ABA(10^-5mol/L）提高了水稻幼苗的抗寒能力,其相应的过氧化物酶同工酶却表现为部分酶活性增强,说明：（1）过氧化物同工酶的变化将引起植物对低温的抗性反应;（2）外源ABA引起自由基清除酶（如POD）活力的升高,是植物抗寒性增强的原因之一。     

枇杷种质资源的离体保存研究Ⅱ生长抑制剂的影响

在枇杷种质资源离体保存中,加入植物生长抑制剂可以延缓枇杷试管苗的生长速度,延长保存时间。实验结果表明,有利于枇杷种质保存的3种生长抑制剂浓度分别是:多效唑(PP₃₃₃)2~5mg/L、矮壮素(CCC)25mg/L、脱落酸(ABA)10mg/L;其中浓度为5mg/L的多效唑效果最为理想。高浓度的甘露醇(>5g/L)对试管苗会造成毒害,不利于枇杷种质的保存;5g/L甘露醇保存效果较好     

不同基质和不同植物对人工湿地净化效率的影响

实验通过建立不同模式的小型湿地系统研究了不同基质和不同的植物组合对人工湿地净化效率和效率稳定性的影响.结果表明,种植植物的湿地系统比没有植物的湿地系统净化效率高,沙土混合基质比卵石基质净化效率高;旱伞草和美人蕉组合以及旱伞草、美人蕉和芦苇3种植物的组合湿地系统比单一旱伞草湿地系统的净化效率更高;小粒径基质和混合种植湿地系统能够保持较稳定的净化效率.     

不同胁迫预处理提高水稻幼苗抗寒性期间膜保护系统的变化比较

通过比较盐、冷和热激三种不同胁迫预处理提高水稻(Oryza sativa L.)抗寒性过程中膜保护系统的变化,探讨植物交叉适应机理。结果表明,水稻幼苗经不同胁迫预处理均可提高幼苗的抗寒性。与未预处理苗相比,不同胁迫(冷、热、盐)预处理之间在处理后、低温伤害后及恢复2d后的3个不同时期膜酶促和非酶促保护系统及同工酶酶谱变化各有异同,既有部分共性,也有其独特性。     

几种湿地植物净化生活污水COD、总氮效果比较

以无植被、基质为河砂的潜流型人工湿地为对照,研究了石菖蒲、灯心草和蝴蝶花3种类型植被、基质均为河砂的潜流型人工湿地净化生活污水COD、总氮的效果．结果表明,在污水COD浓度小于200mg·L^-1、总氮浓度小于30mg·L^-1的低浓度范围里,无植被的人工湿地和有植被的人工湿地对污水中COD、总氮均有很好的去除效果,两者差异不大,其COD去除率均达90％以上,总氮的去除率达80％以上．随着污水中COD和总氮浓度的增加,无植被人工湿地和有植被人工湿地去除COD和总氮的效果均有不同程度下降,两者差异明显,有植被的人工湿地能维持较高的COD、总氮的去除效果,无植被的人工湿地COD和总氮去除效果下降很快,植被在人工湿地系统去除污水COD和总氮过程中起着重要的作用．在整个试验阶段,石菖蒲植被人工湿地COD和总氮平均净化效率分别为80．46％和77．77％、灯心草人工湿地分别为75．53％和71．17％、蝴蝶花人工湿地分别为70．50％和66．38％,无植被人工湿地分别为61．39％和55．81％．同无植被人工湿地COD和总氮净化效果相比,石菖蒲植被人工湿地净化效果最好;其次为灯心草植被人工湿地,再次为蝴蝶花植被人工湿地．不同类型植被的人工湿地净化污水中COD和总氮的效果与其生物量关系密切,这与植被系统吸收同化有机物质和总氮数量、根际微生物分解有机物质和硝化-反硝化作用有关。     

不同类型底栖动物对表面流人工湿地系统水质净化的影响

研究以表面流人工湿地为研究对象, 探讨不同类型底栖动物在夏季和冬季对人工湿地系统氮磷去除效果的影响, 并通过人工湿地系统运行前后不同介质氮磷含量变化及不同介质微生物丰度变化进行水质净化机理分析。结果表明, 夏季添加河蚌和添加田螺均能增强人工湿地系统NO₃-N和TN去除效果, 其中添加河蚌使得系统NO₃-N和TN平均去除率较对照组分别提升37.19%和24.32%, 添加田螺使得系统NO₃-N和TN平均去除率较对照组分别提升22.98%和12.46%。冬季添加摇蚊幼虫使得表面流人工湿地NO₃-N、TN和TP平均去除率分别在37.8%、54.0%和94.8%, 与对照组相比分别增加了29.51%、15.16%和37.62%, 添加河蚌和田螺受底栖动物半冬眠活动和代谢降低影响没有显著水质提升效果。这表明通过添加底栖动物可以增强表面流人工湿地运行效果, 选取适合的底栖动物种类组合可能在全年提升人工湿地水质净化效果。机理研究结果表明, 底栖动物通过增强底泥和基质中微生物硝化反硝化作用、植物氮吸收和基质氮吸附等促进人工湿地氮去除, 通过增强下层基质磷吸附沉淀和植物磷吸收提升水质磷去除。研究结果将为底栖动物在人工湿地的应用及表面流人工湿地运行效果提升提供理论依据和合理借鉴。     

大型人工湿地生态可持续性评价

大型人工湿地现已广泛应用于湖滨带、河滨带水质净化及湿地生态修复,这些人工湿地的生态可持续性评价对于其科学管理调控及长期可持续运行具有重要意义。运用综合指标评价及层次分析法,根据人工湿地生态系统的特点,提出并建立了适合评价人工湿地可持续性运行的指标体系,建立的评价指标包括生态特征与功能、水质净化功能及经济社会功能三项一级指标,及对应的14个二级指标。运用建立的评价指标体系对南四湖湖滨带新薛河大型人工湿地示范工程的生态可持续性运行了评价,评价结果显示:植物多样性、氨氮去除能力、生物入侵抵抗力、野生动物栖息地、COD去除能力是影响大型人工湿地运行效果的主要制约因素;新薛河人工湿地生态可持续性综合指数为0.6862,处于"良"级,其中生态特征功能可持续性指数最高,为0.7732;水质净化功能和社会经济功能指数分别为0.6190,0.6492。由结果可知,南四湖新薛河大型人工湿地具有重要的生态修复功能,水质净化功能方面应加强植物定期收割及植被管理,同时经济社会功能还有待加强,植物经济效益及旅游娱乐效益还有待深入开发。建立的人工湿地可持续性运行的评价指标体系具有较强的针对性,可用于其他大型人工湿地的生态可持续性评价。     

人工湿地黑臭水体处理系统微生物脱氮机理研究

以上海市老段浦I、II和北夏3座水平潜流人工湿地黑臭河道处理系统为研究对象,进行了水平潜流湿地处理黑臭河道氨氮的转化及脱氮机理的研究。研究表明,3座人工湿地的pH值均呈弱碱性,且沿湿地水流方向变化较小。溶解氧值在0.09—0.35mg/L范围内波动,氨氮沿湿地的流向呈递减的趋势,亚硝态氮及硝态氮浓度较低。在老段浦人工湿地的同一土样中,亚硝化细菌的数量远大于硝化细菌的数量,北夏人工湿地中,湿地前端的亚硝化细菌与硝化细菌的数量近似相等,但在湿地末端亚硝化细菌数量要远小于硝化细菌的数量。原位曝气抑制反硝化反应试验研究表明,3座人工湿地都发生了"新"的脱氮途径-短程硝化-反硝化反应,其中两座老段浦人工湿地50%的氮以短程硝化-反硝化反应去除。北夏人工湿地中约20%的氮以短程硝化反硝化的途径去除。       

植物吸收在人工湿地去除氮、磷中的贡献

探讨了植物在人工湿地系统处理污水中的作用,并分析了影响植物生长的主要环境因素,结合实例分析了湿地植物吸收氮磷在不同生长期的变化和其在去除氮磷营养物中的贡献,认为通过秋冬季的植物收割去除的氮磷量比较低,植物可以作为冬季保温材料而不收割,提出通过组合技术来改善破人工湿地氮磷去除能力的思路.     

Comparison of heavy metal accumulation in a natural wetland and constructed wetlands receiving acid mine drainage

Metal accumulations in sediments and plants of constructed and natural wetlands were compared in two wetlands constructed by the Tennessee Valley Authority (TVA) for the treatment of acid mine drainage and a natural wetland. Load rates and removal efficiencies of most metals were generally greater in the constructed wetlands than in the natural wetland. There were similar sediment and plant metal concentrations between one constructed wetland and the natural wetland and greater metal concentrations in the sediments and plants in the other constructed wetland compared to the natural wetland. Data indicate that Mn, Zn, Cu, Ni, B, and Cr are being accumulated in the plants at all three wetlands, although accumulation of metals by these plants accounts for only a small percentage of the removal of the annual metal load supplied to each wetland.     

Cold stress triggers freezing tolerance in wheat (Triticum aestivum L.) via hormone regulation and transcription of related genes

• Low temperatures limit the geographic distribution and yield of plants. Hormones play an important role in coordinating the growth and development of plants and their tolerance to low temperatures. However, the mechanisms by which hormones affect plant resistance to extreme cold stress in the natural environment are still unclear.
• In this study, two winter wheat varieties with different cold resistances, Dn1 and J22, were used to conduct targeted plant hormone metabolome analysis on the tillering nodes of winter wheat at 5 °C, −10 °C and −25 °C using an LC–ESI–MS/MS system. We screened 39 hormones from 88 plant hormone metabolites and constructed a partial regulatory network of auxin, jasmonic acid and cytokinin.
• GO analysis and enrichment of KEGG pathways in different metabolites showed that the ‘plant hormone signal transduction’ pathway was the most common. Our study showed that extreme low temperature increased the most levels of auxin, cytokinin and salicylic acid, and decreased levels of jasmonic acid and abscisic acid, and that levels of auxin, jasmonic acid and cytokinin in Dn1 were higher than those in J22. These changes in hormone levels were associated with changes in gene expression in synthesis, catabolism, transport and signal transduction pathways. These results differ from the previous hormone regulation mechanisms, which were mostly obtained at 4 °C.
• Our results provide a basis for further understanding the molecular mechanisms by which plant endogenous hormones regulate plant freezing stress tolerance.

     

人工湿地除磷研究进展

从人工湿地除磷机理着手,综述了国内外有关湿地基质、湿地植物及微生物强化除磷的研究机理以及进展。深入研究多种基质组合对磷素的吸附与解析机理,可以从理论上推进诸多高效除磷基质的实际应用进程;植物间接净化作用及其与湿地水力停留时间的关系,是影响湿地植物选种和种植的重要依据;植物根际微环境以及植物与微生物的耦合作用可能是人工湿地除磷的主要途径之一;强调湿地的污水净化功能而忽视其生态服务功能,是湿地运行中普遍存在的认识错误。最后指出：湿地运行应采取高水力负荷、低污染负荷的方式,强调强化一级处理的重要性。